[發(fā)明專利]燃料電池堆

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811078713.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109546193B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·徐;席亮;楊曦;G·W·斯卡拉;R·布萊克利;R·R·史蒂文斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M8/24
• 分類號(hào): H01M8/24;H01M8/0258;H01M8/0276
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 林偉峰

本公開(kāi)提供了一種燃料電池堆，所述燃料電池堆包括在一對(duì)雙極板之間以堆疊方式排列的多個(gè)雙極板，其中每個(gè)雙極板包括：具有內(nèi)腔的外卷邊；以及具有槽的內(nèi)卷邊，其中所述內(nèi)卷邊延伸到外卷邊的內(nèi)腔中。內(nèi)卷邊的槽可以有至少約50％的部分填充有彈性密封件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種改進(jìn)的燃料電池堆，所述燃料電池堆具有用于在燃料電池堆的板之間進(jìn)行密封的堅(jiān)固的卷邊結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)越來(lái)越多地被用作各種應(yīng)用中的電源。例如，燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)被提議用于諸如車輛的電力產(chǎn)品中，作為內(nèi)燃機(jī)的替代品。燃料電池還可以用作建筑物和住宅中的固定發(fā)電設(shè)備，以及用作攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)等中的便攜式電源。通常，燃料電池產(chǎn)生電能以給電池充電或?yàn)殡妱?dòng)機(jī)提供電力。

燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其將燃料如氫氣和氧化劑如氧氣結(jié)合起來(lái)發(fā)電。氧氣通常由空氣流提供。氫和氧結(jié)合形成水。可以使用其他燃料，例如天然氣、甲醇、汽油和煤衍生的合成燃料。

燃料電池采用的基本過(guò)程是高效的、基本無(wú)污染的、安靜的且沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件(空氣壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇、泵和致動(dòng)器除外)，并且可以構(gòu)造成副產(chǎn)品僅包括熱量和水。術(shù)語(yǔ)“燃料電池”通常用于指單個(gè)電池或多個(gè)電池，取決于其使用的環(huán)境。多個(gè)電池通常束在一起形成電池堆，所述多個(gè)電池通常以電串聯(lián)方式布置。因?yàn)槎鄠€(gè)燃料電池可以組裝成不同尺寸的電池堆，所以系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成產(chǎn)生期望的能量輸出水平，為不同的應(yīng)用提供靈活的設(shè)計(jì)。

可以提供不同類型的燃料電池，例如磷酸、堿、熔融碳酸鹽、固體氧化物和質(zhì)子交換膜(PEM)。PEM型燃料電池的基本部件是由聚合物膜電解質(zhì)隔開(kāi)的兩個(gè)電極。每個(gè)電極的一側(cè)涂覆有薄催化劑層。電極、催化劑和膜一起形成膜電極組件(MEA)。

在典型的PEM型燃料電池中，MEA夾在“陽(yáng)極”和“陰極”擴(kuò)散介質(zhì)(以下稱為“DM”)或擴(kuò)散層之間，這些擴(kuò)散層由彈性、導(dǎo)電和透氣材料如碳纖維織物或紙形成。DM充當(dāng)陽(yáng)極和陰極的主集電器，并為MEA提供機(jī)械支撐。DM和MEA被壓在一對(duì)導(dǎo)電板之間，所述導(dǎo)電板用作次集電器，用于收集來(lái)自主集電器的電流。在雙極板的情況下，板在電池堆內(nèi)部的相鄰電池之間傳導(dǎo)電流；在電池堆末端具有單極板的情況下，板在電池堆外部傳導(dǎo)電流。

雙極板通常包括兩個(gè)薄的、相對(duì)的金屬片。其中一個(gè)金屬片在其一個(gè)外表面上限定了用于將燃料輸送到MEA陽(yáng)極的流動(dòng)路徑。另一個(gè)金屬片的外表面限定了用于將氧化劑輸送到MEA陰極側(cè)的流動(dòng)路徑。當(dāng)金屬片接合時(shí)，接合表面限定了介電冷卻流體的流動(dòng)路徑。所述板通常由可成形的金屬制成，所述金屬提供合適的強(qiáng)度、導(dǎo)電性和耐腐蝕性，例如316L合金不銹鋼。

可容納100多塊板的電池堆被壓縮，元件通過(guò)螺栓穿過(guò)電池堆的角部固定在一起，并錨定在電池堆末端的框架上。為了防止流體從成對(duì)的板之間泄漏，通常使用密封件。密封件沿著成對(duì)的板的外圍邊緣設(shè)置。現(xiàn)有技術(shù)的密封件采用彈性材料，其結(jié)合沖壓到雙極板中的卷邊使用。

期望生產(chǎn)一種用于在燃料電池系統(tǒng)的板之間進(jìn)行密封的金屬卷邊密封件，其中卷邊結(jié)構(gòu)阻止流體從燃料電池系統(tǒng)泄漏，并且其成本被最小化。

發(fā)明內(nèi)容

在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種燃料電池堆，其中燃料電池堆包括在一對(duì)雙極板之間以堆疊方式排列的多個(gè)雙極板，其中每個(gè)雙極板包括具有內(nèi)腔的外卷邊；以及具有槽的內(nèi)卷邊，其中所述內(nèi)卷邊延伸到外卷邊的內(nèi)腔中。內(nèi)卷邊的槽至少約50％填充有彈性密封件。

在本公開(kāi)的另一實(shí)施例中，提供了一種用于燃料電池堆的雙極板，其中雙極板包括固定到第二殼體的第一殼體，其中第一殼體和第二殼體之間限定了多個(gè)通道。外卷邊可以限定在第一殼體中靠近第一殼體的周邊的位置。外卷邊還包括內(nèi)腔。內(nèi)卷邊可以限定在第二殼體中靠近第二殼體的周邊的位置。內(nèi)卷邊可以進(jìn)一步包括槽。第二殼體的內(nèi)卷邊通過(guò)延伸到外卷邊的內(nèi)腔中而與第一殼體的外卷邊配合。內(nèi)卷邊的槽可以有至少30％的部分填充有彈性密封件。